막대기만 세우면 전기 생산? ‘날개 없는’ 풍력발전 실험 성공

에너지를 얻기 위한 인간의 노력은 과거에는 적은 비용으로 많은 에너지를 얻기 위한 것이었다면, 최근에는 여기에 더해서 깨끗한 에너지를 얻기 위한 노력으로 진화하고 있다. 지구 온난화 이슈로 인해서 청정하고 지속 가능한 에너지의 요구가 커졌기 때문이다.

태양 에너지와 풍력 에너지는 이런 시대적 요구에 따라 그 보급 속도가 매우 빨라지고 있다. 물론 아직 대체 에너지는 기존의 화석 연료를 완전히 대체할 수준은 아니지만, 빠른 속도로 성장하는 분야라는 사실은 누구도 부인하기 어려울 것이다.

이 중에서 풍력 발전은 밤에도 문제없이 발전할 수 있다는 큰 장점이 있으나, 아직 단가가 기존의 화력 발전에 비해 비싸고 설치할 수 있는 지역이 한정되어 있다는 문제가 있다. 여기에 풍력 발전 터빈을 돌리기 위한 거대한 풍차는 소음 공해 문제와 야생 조류의 충돌 문제, 그리고 크기가 커질수록 비용도 따라서 커진다는 문제점을 안고 있다.

이 문제를 해결하기 위해 가장 좋은 방법은 터빈을 돌리는 풍차 날개가 없는 디자인의 풍력 발전이다. 그런데 어떻게 발전기를 돌리지 않고 풍력 발전이 가능할 수 있을까? 언뜻 생각하기에는 불가능해 보이지만, 이를 가능하게 만드는 몇 가지 공학적 아이디어들이 있다.

이 아이디어 가운데서 최근 보텍스 블레이들리스(Vortex Bladeless)라는 신생 기업에서 내놓은 아이디어는 정말 기발하다. 이들은 1940년대 있었던 유명한 다리 붕괴사고인 타코마 다리 붕괴 사고에서 영감을 얻었다.

당시 이 다리는 강풍에 의해 부서졌는데, 공학자들은 이 사고가 바람에 의한 공탄성 플러터(aeroelastic flutter)에 의한 것이라는 사실을 밝혀냈다. 이는 강풍에 의해 발생한 작은 소용돌이가 다리 상판 주변에 발생하여 다리를 심하게 아래위로 흔드는 현상이다.

보통 엔지니어들은 이를 없애기 위해서 노력하지만, 보텍스 블레이들리스는 반대로 이를 응용했다. 즉, 바람이 부는 지역에 긴 막대기 내지는 기둥 같은 구조물을 만들고 바람에 흔들리는 것을 에너지로 전환하는 방식이다.

현재까지는 실내에서 축소모델 실험과 야외에서의 소형 축소 모델 시험만 성공한 상태이지만, 이 회사의 엔지니어들은 앞으로 4kW급의 소형 발전기를 만들 수 있다고 주장하고 있다. 이들이 말하는 이 날개 없는 풍력 발전의 이점은 명확하다. 일단 움직이는 부위가 없다 보니 제조, 설치 및 유지보수가 매우 쉽다. 이들은 이 새로운 풍력 발전기의 제조 단가 및 유지 단가가 기존의 절반 수준에 불과할 것이라고 주장하고 있다.

과연 이들의 주장이 옳을지는 실제 발전기를 통해 검증되어야 하겠지만, 만약 실용성이 있는 것으로 드러날 경우 매우 독특하게 생긴 막대기 같은 풍력 발전기가 등장할 가능성이 있다. 다만, 흔들리는 기둥을 이용하는 방식인 만큼 안전성 문제는 반드시 검증해야 할 것으로 보인다.

고든 정 통신원 jjy0501@naver.com